DNA合成儀在分子生物學領域中的應用非常廣泛，大體可以概括為以下幾個方面。
1．合成PCR引物，DNA測序引物和雜交探針
2．合成*標記的DNA包括*標記的引物
用于DNA固相測序法（solid-phasesequencing），采用*標記的引物進行PCR擴增，再用抗*蛋白釣出擴增產物，由于抗*蛋白與磁珠共價結合，所以用磁鐵吸附即可釣出擴增產物，大大簡化了DNA測序模板的純化步驟。此外，*標記的探針用于非放射性雜交檢測。DNA合成儀可用于合成*標記的探針和引物。
3．合成熒光素標記的DNA包括熒光素標記的引物
可在合成的DNA片段5’端標記幾種不同顏色熒光素（6-FAM、TET、HEX），用于全自動DNA測序儀，還可用于PCR片段大小分析及定量分析，即基因組型分析和基因表達水平的研究。此外熒光素標記的探針用于原位PCR雜交檢測，進行基因在染色體上的定位。而熒光素標記的DNA包括熒光素標記的引物皆可采用DNA合成儀進行合成。
4．合成反義核酸
反義核酸可用于反義調控和基因治療。反義調控指在體外合成與靶序列互補的DNA片段，轉化細胞后與靶序列結合，即在轉錄水平上抑制基因表達，但由于細胞內存在限制酶系統會把外源核酸降解，所以反義核酸要經硫化修飾后再轉化細胞。另外癌癥、艾滋病等也可采用反義核酸進行基因水平的治療。DNA合成儀是合成反義核酸的儀器。
5．合成磷酸標記的DNA
用DNA連接酶把合成的磷酸標記的DNA片段連接起來，在體外進行基因構建。磷酸標記的DNA常用DNA合成儀來合成。
6．合成RNA
用DNA合成儀合成的RNA主要用于核酶研究，核酶可作為生物導彈轉化到細胞中，定點切割有病基因，如癌基因等。
